Poszukując planet i badając ich gwiazdy, miałem zaszczyt posługiwać się kilkoma wspaniałymi teleskopami na świecie. Jednak nasz zespół ostatnio zwrócił się do jeszcze większego systemu do badania kosmosu: ziemskich lasów.
Przeanalizowaliśmy sygnatury radioaktywne pozostawione w słojach drzew na całym świecie, aby zbadać tajemnicze „burze radiacyjne”, które przetoczyły się przez Ziemię pół tuzina razy w ciągu ostatnich 10,000 XNUMX lat.
Nasze wyniki, opublikowane niedawno w Postępowanie Royal Society A, należy wykluczyć „superrozbłyski słoneczne” jako winowajcę – ale prawdziwa przyczyna pozostaje nieznana.
Historia zapisana w słojach drzew
Kiedy promieniowanie wysokoenergetyczne uderza w górną atmosferę, zamienia atomy azotu w radioaktywny węgiel-14 lub radiowęgiel. Następnie radiowęgiel przenika przez powietrze i oceany, do osadów i bagien, do ciebie i do mnie, do zwierząt i roślin – w tym do twardego drewna z rocznymi słojami.
Dla archeologów radiowęgiel jest darem niebios. Po utworzeniu węgiel-14 powoli i równomiernie rozpada się z powrotem do azotu – co oznacza, że może być używany jako zegar do pomiaru wieku próbek organicznych w tzw. datowanie radiowęglowe.
Dla astronomów jest to równie cenne. Słoje drzew odnotowują z roku na rok rejestr wysokoenergetycznych cząstek zwanych „promieniami kosmicznymi” wracam tysiąclecia.
Pola magnetyczne Ziemi i Słońca chronią nas przed promieniami kosmicznymi przelatującymi przez galaktykę. Więcej promieni kosmicznych dociera do Ziemi, gdy te pola magnetyczne są słabsze, a mniej, gdy pola są silniejsze.
Oznacza to, że wzrost i spadek poziomu węgla-14 w słojach drzew koduje historię 11-letni cykl dynama słonecznego (która wytwarza pole magnetyczne Słońca) i odwrócenia Pole magnetyczne Ziemi.
Mijake Wydarzenia
Ale słoje drzew również rejestrują zdarzenia, których obecnie nie potrafimy wyjaśnić. W 2012 roku japoński fizyk Fusa Miyake odkrył szpikulec w zawartości radiowęgla w słojach drzew od 774 r. n.e. Był tak duży, że promienie kosmiczne z kilku zwykłych lat musiały nadejść jednocześnie.
Ponieważ do poszukiwań przyłączyło się więcej zespołów, odkryto dowody na kolejne „wydarzenia Mijake”: od 993 AD i 663 BCi prehistoryczne wydarzenia w 5259 BC, 5410 BC, 7176 BC.
To już doprowadziło do rewolucji w archeologii. Znalezienie jednego z tych krótkich, ostrych kolców w starożytnej próbce sprowadza datę do jednego roku, zamiast dziesięcioleci lub stuleci niepewności związanych ze zwykłym datowaniem radiowęglowym.
Między innymi nasi koledzy wykorzystali zdarzenie 993 AD ujawnić dokładny rok pierwszej europejskiej osady w obu Amerykach, wioski Wikingów w L'Anse aux Meadows w Nowej Fundlandii: 1021 r. n.e.
Czy ogromne impulsy promieniowania mogą się powtórzyć?
W fizyce i astronomii te wydarzenia Mijake pozostają tajemnicą.
Jak otrzymujesz tak ogromny impuls promieniowania? Mnóstwo artykułów obwiniło supernowe, rozbłyski gamma, wybuchy namagnesowanych gwiazd neutronowych, A nawet komety.
Jednakże najszerzej akceptowane wyjaśnienie jest to, że wydarzenia Miyake są „superrozbłyskami słonecznymi”. Te hipotetyczne erupcje ze Słońca byłyby być może 50-100 razy bardziej energetyczne niż największe zarejestrowane w epoce nowożytnej, Wydarzenie Carrington z 1859.
Gdyby takie wydarzenie miało miejsce dzisiaj, to: niszczą sieci energetyczne, telekomunikację i satelity. Jeśli zdarzają się one losowo, mniej więcej raz na tysiąc lat, jest to 1 procent szansy na dekadę – poważne ryzyko.
Zaszumione dane
Nasz zespół w UQ postanowił przesiać wszystkie dostępne dane dotyczące słojów drzew i wyciągnąć intensywność, czas i czas trwania wydarzeń Miyake.
Aby to zrobić, musieliśmy opracować oprogramowanie do rozwiązania problemu układ równań ten model jak radiowęgiel filtruje przez całość globalny obieg węgla, aby dowiedzieć się, jaka część trafia na drzewa w jakich latach, w przeciwieństwie do oceanów, bagien lub ciebie i mnie.
Współpracując z archeologami, właśnie opublikowaliśmy pierwsze powtarzalne, systematyczne badanie wszystkie 98 drzew opublikowanych danych na wydarzeniach Mijake. Wydaliśmy również oprogramowanie do modelowania open source jako platforma do przyszłej pracy.
Burze Rozbłysków Słonecznych
Nasze wyniki potwierdzają, że każde zdarzenie dostarcza promieniowania o wartości od jednego do czterech zwykłych lat za jednym razem. Wcześniejsze badania sugerowane drzewa bliżej biegunów Ziemi odnotowały większy skok – czego można by się spodziewać, gdyby odpowiedzialne były superrozbłyski słoneczne – ale nasza praca, patrząc na większą próbkę drzew, pokazuje, że tak nie jest.
Odkryliśmy również, że zdarzenia te mogą nadejść w dowolnym momencie 11-letniego cyklu aktywności Słońca. Z drugiej strony rozbłyski słoneczne mają tendencję do bycia na około szczyt cyklu.
Najbardziej zagadkowe jest to, że kilka skoków wydaje się trwać dłużej, niż można to wytłumaczyć powolnym pełzaniem nowego radiowęgla przez cykl węglowy. Sugeruje to, że albo wydarzenia te mogą czasem trwać dłużej niż rok, czego nie można się spodziewać w przypadku gigantycznego rozbłysku słonecznego, albo okresy wegetacji drzew nie są tak równomierne, jak wcześniej sądzono.
Dla moich pieniędzy, słońce jest nadal najbardziej prawdopodobnym winowajcą wydarzeń Miyake. Jednak nasze wyniki sugerują, że widzimy raczej burzę rozbłysków słonecznych niż jeden ogromny superrozbłysk.
Aby określić, co dokładnie dzieje się w tych wydarzeniach, potrzebujemy więcej danych, aby uzyskać lepszy obraz wydarzeń, o których już wiemy. Aby uzyskać te dane, będziemy potrzebować więcej słojów – a także innych źródeł, takich jak rdzenie lodowe z Arktyki i Antarktyki.
To jest naprawdę interdyscyplinarna nauka. Zwykle myślę o pięknie czystych, precyzyjnych teleskopach: o wiele trudniej jest zrozumieć złożoną, wzajemnie połączoną Ziemię.
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Kredytowych Image: NASA/SDO/AIA
